Sauberer Diesel aus Kohle

Da die Ölpreise in die Höhe schießen und die Sorgen über die Abhängigkeit der USA von ausländischem Erdöl eskalieren, wird Kohle als Rohstoff für die Herstellung einer Reihe von Brennstoffen immer attraktiver. Jetzt haben Chemiker ein neues katalytisches Verfahren erfunden, das die Ausbeute an sauberem Diesel aus Kohle steigern könnte.

Die Methode, beschrieben in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Wissenschaft , verwendet zwei Katalysatoren, um die Ausbeute an Dieselkraftstoff aus der Fischer-Tropsch-Synthese (F-T) zu verbessern, einer fast hundertjährigen chemischen Technik zur Reaktion von Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen. Das Gasgemisch wird durch Erhitzen von Kohle hergestellt. Obwohl Deutschland das Verfahren während des Zweiten Weltkriegs nutzte, um Kohle in Treibstoff für seine Militärfahrzeuge umzuwandeln, war die F-T-Synthese im Allgemeinen zu teuer, um mit Öl zu konkurrieren.

Ein Teil des Problems des F-T-Prozesses besteht darin, dass er ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen produziert – von denen viele nicht als Brennstoff geeignet sind. Aber in der neueren Forschung, Alan Goldman , Professor für Chemie und chemische Biologie an der Rutgers University, und Maurice Brookhart , Professor für Chemie an der University of North Carolina in Chapel Hill, verwenden Katalysatoren, um diese unerwünschten Kohlenwasserstoffe in Diesel umzuwandeln. Die Katalysatoren wirken, indem sie die Kohlenstoffatome neu anordnen, indem sie beispielsweise Kohlenwasserstoffe mit sechs Kohlenstoffatomen in Kohlenwasserstoffe mit zwei und zehn Kohlenstoffatomen umwandeln. Die Zehn-Kohlenstoff-Version kann Dieselmotoren antreiben. Der erste Katalysator entfernt Wasserstoffatome, wodurch der zweite Katalysator die Kohlenstoffatome neu anordnen kann. Dann stellt der erste Katalysator den Wasserstoff wieder her, um Kraftstoff zu bilden.



Auf diese Weise hergestellter Dieselkraftstoff hat mehrere potenzielle Vorteile. Gewöhnlicher Diesel enthält Moleküle, sogenannte Aromaten, die bei der Verbrennung Partikel produzieren, sagt Goldman. Der durch die neuen Katalysatoren gebildete Diesel enthält jedoch keine Aromaten, verbrennt daher viel sauberer und überwindet einen der größten Einwände gegen Dieselkraftstoff. Dies könnte dazu führen, dass mehr Fahrzeuge mit Dieselmotoren fahren, die etwa 30 Prozent effizienter sind als Benziner.

Aber der größte Vorteil könnte sein, dass die Vereinigten Staaten riesige Mengen an Kohle haben: Wir haben so viel Energie in Kohle wie der Rest der Welt in Öl. Das reicht für die nächsten hundert Jahre aus, sagt Goldman. Somit könnte eine effizientere und damit kostengünstigere Methode zur Umwandlung von Kohle in Diesel die Abhängigkeit der USA von ausländischem Öl erheblich verringern und dies für lange Zeit tun.

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Als ich das sah, dachte ich, es wäre wirklich ein toller Beitrag, der sehr wichtig sein könnte, sagt Richard Schrock , Professor für Chemie am MIT, der den Nobelpreis für Chemie im Jahr 2005 zusammen mit zwei anderen Wissenschaftlern, um den im zweiten Schritt verwendeten Katalysatortyp zu entdecken. Zwei Katalysatoren auf diese Weise zu kombinieren, sei ziemlich selten, sagt er. Sie können nicht einfach zwei Dinge zusammenwerfen und erwarten, die erwarteten Ergebnisse zu erzielen.

Gemäß Robert Grubbs , Chemieprofessor am Caltech, der sich mit Schrock den Nobelpreis teilte, ist der Schlüssel dazu, kompatible Katalysatorsysteme zu finden, die bei Temperaturen arbeiten, bei denen beide Prozesse zusammen durchgeführt werden können.

Derzeit ist das neue katalytische Verfahren noch ein Proof-of-Concept und noch nicht reif für den kommerziellen Einsatz. Zum Beispiel neigt der zweite Katalysator dazu, zusammenzubrechen. Aber Schrock sagt, dieses Problem sollte lösbar sein: Theoretisch ist es möglich, dass dies praktisch wird. Ich schickte Alan Goldman eine E-Mail und sagte: „Schauen Sie, wir haben viele Katalysatoren, und mir fallen einige Dinge ein, die thermisch stabiler sein könnten.“ Also schicke ich ihm ein paar Katalysatoren und er geht sie auszuprobieren.

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Es könnte auch möglich sein, Katalysatoren herzustellen, die Produkte aus der ersten Reaktion verwenden, um sich selbst zu regenerieren. Dann würde der Katalysator nicht sterben, und man könnte die Reaktion sogar am Laufen halten, sagt Schrock.

Hope-Seitenbild mit freundlicher Genehmigung von Joseph Blumberg. Bildunterschrift: Postdoktorandin Ritu Ahuja demonstriert der Doktorandin Elizabeth Pelczar und Professor Alan Goldman das Katalysatormaterial.

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